پديد آورنده :
فضائلي، محمدرضا
عنوان :
بررسي عددي و تجربي اثر توزيع زبري بر زاويه تماس براي سطوح فوق آبگريز
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
تبديل انرژي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
چهارده، 143ص. : مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
مهدي نيلي احمدآبادي
توصيفگر ها :
سطح فوق آبگريز , زاويه تماس , شبيه سازي ديناميك مولكولي , پوشش دهي , تف جوشي
استاد داور :
احمدرضا پيشه ور، محسن ثقفيان
تاريخ ورود اطلاعات :
1398/02/03
رشته تحصيلي :
مهندسي مكانيك
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1398/02/07
چكيده فارسي :
1 چکیده امروزه اهمیت فناوری نانو بر کسی پوشیده نیست يکی از مباحث جذاب مرتبط با اين ح وزه س طوح ف وقآبگري ز اس ت ک ه در دستهی علم مهندسی سطح قرار گرفته است قطرهی آب روی اين ن وع س طوح زاوي هی تم اس بیش تر از 252 درج ه را دارا م یباش د خاصیت فوقآبگريزی سطح ابتدا با مشاهده ی ويژگی عدم ترشوندگی برگ نیلوفر آبی کشف شد سطوح برای داشتن چنین خاصیتی می بايست دو ويژگی اصلی را داشته باشند که يکی انرژی سطح پايین در فصل مشترک سه فاز جامد مايع و گاز اس ت ک ه وابس ته ب ه جنس و ساختار مولکولی سطح بوده و ديگری وجود زب ری ه ايی در ابع اد بس یار کوچ ک ن انومتری اس ت ک ه روی س طح جام د را پوشاندهاند در اين پژوهش بهکمک شبیهسازی دينامیک مولکولی با استفاده از نرمافزار مولکولی لمپس اثر پارامترهای هندس ی زب ریه ا ب ر زاويهی تماس و درنتیجه فوقآبگريزی سطح بررسی شده است برای اين منظور نانوقطرهی آب بر سطوح صاف و زبرش ده از ج نس اکسید تیتانیوم مدلسازی شده و زاويهی تماس آن بدست آمده است زبریهای روی سطح بهصورت دو بعدی شیار کشیده ش ده در يک راستای جانبی و سهبعدی زبرشده در هر دو راستای جانبی به شکل مستطیل و با پارامترهای هندسی مختلف مورد ش بیهس ازی و تحلیل قرار گرفتهاند نتايج شبیهسازی بیانگر آنستکه ايجاد زبریها سبب افزايش زاوي هی تم اس نس بت ب ه س طح ص اف م یش ود همچنین با افزايش ارتفاع زبری تا مقدار 459792 آنگستروم زاويهی تماس نانوقطرهی آب روی سطح و درنتیجه فوقآبگريزی سطح بیشتر می شود و بعد از اين ارتفاع تاثیر چندانی روی افزايش زاويهی تماس ندارد به عالوه هرچه نسبت س طح زبرش ده ب ه ک ل س طح بیشتر شود تا نسبت 63 درصد زاويهی تماس افزايش میيابد مقايسهی نتايج حاصل از تحلیل سطوح زبرشده و شیاردار نشان داد ک ه زبریهای سهبعدی سبب فوقآبگريزی بیشتر سطح میشوند و زبری های دو بعدی شیارها با اينکه نسبت سطح زبرشده به س طح ک ل بیشتری دارند اما کاهش زاويهی تماس قطره را سبب میشوند که با نتايج تجربی نیز تطابق دارد بهجز تحلیل زاويهی تم اس در تم امی حاالت به کمک تحلیل انرژی آزاد سیستم و همچنین پیوندهای هیدروژنی میزان فوقآبگريزی و پايداری سیستمهای مدلس ازی ش ده نیز مورد بررسی قرار گرفتهاند عالوهبر تحلیل عددی دينامیک مولکولی در اين پژوهش برای بررسی اثر زبری و جنس سطح بر زاويهی تماس سطح فوقآبگريز از آزمايش تجربی نیز استفاده شده است برای اينکار بهکمک روش پاشش حرارتی ن انوذرات اکس ید فل زی از ج نس اکس ید روی اکسید منگنز و اکسید آلومینیوم با پیشمادههای آلی و معدنی سنتز شده و سطوح فلزی از جنس فوالد زنگنزن گ الوانیزه و م س را پوشش دادهاند سپس سطوح پوششداده شده تحت عملیات حرارتی تف جوشی نیز قرار گرفته و در هر مرحله از اين فرايندها تغییرات زاويهی تماس قطرهی آب روی سطوح که بر اثر تغییر ساختار هندسی و جنس زبریهای پوششداده شده حاصل میشود اندازهگیری شده و پارامترهای تاثیرگذار روی فوقآبگريزی سطح در روش پاشش حرارتی مشخص شدهاند مهمت رين نتیج های ک ه بدس ت آم د آنستکه بهکمک فرايند تفجوشی میتوان انرژی سطح را کاهش و ساختار زبریهای روی سطح را تغییر داده و سطح فوقآبدوس ت را به فوقآبگريز تبديل کرد بطوريکه زاويهی تماس قطرهی آب که روی سطح بدون پوشش از جنس فوالد زن گن زن 56759 درج ه بود بهکمک پوشش دهی توسط نانوذرات اکسید منگنز و سپس فرايند تفجوشی به 447252 درجه رسید حدود 222 درصد افزايش زاويه تماس بدينترتیب بدون افزودن مادهی اصالحکنندهی ديگری بهعنوان کاهندهی انرژی سطح و تنها بهکمک فرايند تفجوشی میتوان سطح را فوقآبگريز کرد همچنین بهکمک تفجوشی دوام پوششهای روی سطوح بهدلیل تمیز شدن سطح از ناخالصیهای کربنی ناشی از فرايند پوششدهی احتراقی افزايش میيابد کلمات کلیدی سطح فوقآبگريز زاويه تماس شبیهسازی دينامیک مولکولی پوششدهی تفجوشی
چكيده انگليسي :
144 Numerical and Experimental Analysis of The Roughness Distribution Effect on The Contact Angle for Superhydrophobic Surfaces Mohammad Reza Fazaeli mr fazaeli@me iut ac ir Date of Submission 2019 03 12 Department of Mechanical Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Degree M Sc Language PersianSupervisor Mahdi Nili Ahmadabadi m nili@cc iut ac irAbstractNowadays the importance of nanotechnology is not overlooked One of the interesting topics related to thisarea is the superhydrophobic surfaces that are in the category of surface engineering science A drop ofwater on these types of surfaces has a contact angle of more than 150 degrees The superhydrophobicity ofthe surface was first detected by observing the non wettability of the lotus leaf For this property thesurfaces should have two main characteristics one of which is the low surface energy in the solid phase liquid and gas interface which is dependent on the genus and molecular structure of the surface and theother the presence of nanometric roughness is covered on the solid surface In this research by simulating molecular dynamics using the LAMMPS molecular software the effect ofgeometric roughness parameters on the contact angle and consequently hydrophobicity of the surface hasbeen investigated For this purpose the water nanodrop has been modeled on the smooth and rough surfaceof titanium dioxide and its contact angle has been obtained The roughness on the surface has beensimulated and analyzed in two dimensional shape grooves and three dimensional pillars in a rectangularshape with different geometric parameters The simulation results indicate that the existence of roughnessincreases the contact angle compared to the smooth surface Also with an increase in the roughness heightup to 17 754 Angstroms the contact angle of the water on the surface and consequently the surfacesuperhydrophobicity increases and after this height there is no significant impact on the increase in angles In addition the higher surface fraction up to 36 results in more contact angles Comparison of theresults of the analysis of roughened and grooved surfaces showed that the three dimensional roughnesscauses more superhydrophobicity of the surface and in the case of grooves although the surface fraction isincreased but decreases the contact angle of the droplet which is consistent with the experimental results In addition to analyzing the contact angle in all cases by analyzing of energy changes of the system and thenumber of hydrogen bonds of nanodrop the amount of supehydrophbicity and stability of the simulatedsystems have also been studied In addition to numerical analysis of molecular dynamics in this study some experiments were used toinvestigate the effect of roughness and surface sex on the contact angle of the superhydrophobic surface For this purpose by using a thermal spraying method metallic oxide nanoparticles made of zinc oxide manganese oxide and aluminum oxide with organic and inorganic precursors have been synthesized andmetal surfaces made of stainless steel galvanized steel and copper have been coated Then the coatedsurfaces have been sintered and at each stage of these processes the contact angle changes of the waterdroplet on the surfaces due to the geometric structure and the coated roughness profile measured and theparameters affecting superhydrophobicity of the surface in the thermal spraying method have beendetermined The most important result obtained is that by sintering process the surface energy can bereduced and the structure of the roughness on the surface can be changed and the superhydrophilic surfacebecomes superhydrophobic surface So that the contact angle of the water droplet on the surface of the non coated steel was 75 65 coated by the manganese oxide nanoparticles and then sintering process reached151 44 degrees about 100 increase in contact angles Also by sintering the durability of coatings onsurfaces is increased due to the
استاد راهنما :
مهدي نيلي احمدآبادي
استاد داور :
احمدرضا پيشه ور، محسن ثقفيان
